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研究生: 余和年
HO-NIEN YU
論文名稱: 三臂型同步降壓直流轉換器之研製
Development of Three-arm Synchronous Buck Converters
指導教授: 黃仲欽
Jonq-Chin Hwang
口試委員: 葉勝年
Sheng-Nian Yeh
郭明哲
Ming-Tse Kuo
劉傳聖
Chuan-Sheng, Liu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 86
中文關鍵詞: 同步轉換器三臂型轉換器盲時效率
外文關鍵詞: synchronous converter, three-arm
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  • 本文旨在研製高效率、低電壓、大電流的直流功率轉換器,用於微處理器的電源供給。除電路架構採用三臂型同步直流降壓轉換器外,亦考量同步整流器上臂及下臂盲時的最佳化設定,以提高效率、分開散熱面積且降低輸出電壓漣波。此外,文中提出三臂型轉換器均溫控制策略及藉電感直流電阻,完成電流偵測、調整每臂之平均溫度,並相對地調節每臂間負載電流,提高整體轉換器效率與可靠性。
    本文依據額定輸出電流45A ,單臂輸出端選用0.36µH電感及6顆470µF電容,以最低元件成本達成電路規格需求。本文轉換器的輸入及輸出電壓分別為12V 與 1.8V ; 輸出電壓漣波低於2%,實測效率最高為91.3%。每一臂間功率元件的電流差值,均控制小於5%範圍,實現了功率轉換器各臂間溫昇平衡的目標。


    This thesis is targeted to realize a high efficiency, low voltage and heavy current dc converter for the power supply of microprocessors. Adopting the architecture of three-arm type synchronous dc buck converter and optimizing the dead-time setting between upper and lower MOSFETs in synchronous rectifier, one can improve the efficiency, distribute heating area and reduce output ripple voltage. By using three-arm converter average thermal control strategy and thermal-compensated dc resistance of inductor, one can complete current sensing in order to adjust average temperature and load current of each arm, which therefore enhance the performance and reliabilty of the converter.
    Based on the rated output current of 45A, single-arm output inductor of 0.36μH and six 470μF output capacitors are selected to meet the circuit specification with minimum component cost. The proposed power converter has its input and output voltages of 12V and 1.8V, respectively, with a rated output current of 45A. The operating frequency is 300 kHz and the frequency of output current filter is 900 kHz. The output voltage ripple is less than 2%, while the highest efficiency measured is 0.913. Current differences between any two arms are kept within 5%, assuring thermal balance of the dc power converter arms.

    中文摘要 I 英文摘要 Ⅱ 誌謝 Ⅲ 目錄 Ⅳ 圖目錄 Ⅵ 表目錄 Ⅷ 第一章 緒論 1 1.1研究動機與目的 1 1.2文獻探討 3 1.3系統架構及特色 4 1.4 論文大綱 6 第二章 降壓型轉換器的分析及控制 7 2.1前言 7 2.2傳統降壓型直流轉換器的分析 7 2.3同步整流器降壓型直流轉換器的分析 12 2.4脈波寬度調變控制方法 20 2.5本文三臂型同步整流降壓轉換器控制 26 2.6結語 30 第三章 三臂同步整流降壓轉換器的設計 31 3.1前言 31 3.2系統架構 31 3.3多臂型控制晶片簡介 32 3.3.1晶片編號NCP81102的控制說明 33 3.4 MOSFET閘極驅動器 43 3.5主要元件的設計 46 3.6結語 51 第四章 實測及性能評估 52 4.1前言 52 4.2實測結果 52 4.3結語 65 第五章 結論及建議 67 5.1結論 67 5.2建議 68 參考文獻 69 附錄A 本文實體製作電路圖及使用零件規格表 73 附錄B NCP81102控制晶片內部結構方塊圖 74 附錄C NCP81161控制晶片內部結構方塊圖 81 附錄D 三臂同步整流降壓轉換器電感的規格 84 附錄E 表英特爾(Intel) Haswell微處理器電源規格表 85 附錄F NTC負溫度電阻補償曲線 86

    [1] 活動報導,「迷你筆電電源設計趨勢研討會」,新通訊元件雜誌,20年5月。
    [2] Y. Kent,「CPU電源控制:單緣式與雙緣式控制器架構比較」,ON Semiconductor Analog Power Group,2006年5月。
    [3] 劉梵麟,「多相降壓型轉換器之研製」,國立台北科技大學電機工程系電力電子產業研發碩士專班學位論文,民國九十六年五月。
    [4] X. Zhou﹐P. Xu and F. C. Lee﹐“A novel current-sharing control technique for low- voltage high-current voltage regulator module application”﹐IEEE Transaction on Power Electronics﹐Vol. 15﹐No. 6﹐pp. 1153-1162﹐2000.
    [5] 葉家安,「數位式降壓型直流/直流轉換器之研製」,國立台北科技大學電機工程系碩士學位論文,民國 95年七月。
    [6] 李書正,「交錯式同步整流降壓型轉換器的研製」,國立台北科技大學電機工程系碩士學位論文,民國97年七月。
    [7] 梁適安,「交換式電源供應器之理論與實務設計」,全華科技圖書,2004。
    [8] M. Dongsheng, K. Wing-Hung, T. Chi-Ying, and P. K. T. Mok, "Single-
    inductor multiple-output switching converters with time-multiplexing
    control in discontinuous conduction mode," Solid-State Circuits, IEEE
    Journal of, vol. 38, pp. 89-100, 2003.
    [9] M. Dongsheng﹐K. Wing-Hung﹐and T. Chi-Ying﹐“A pseudo–CCM / DCM SIMO switching converter with freewheel switching”﹐Solid-State Circuits﹐IEEE Journal of,vol. 38﹐pp. 1007-1014﹐2003.
    [10] 胡國英,「應用無ADC 之FPGA 控制於直流/直流轉換器之研製(II)」,國立臺北科技大學電機工程系(所),民國九十七年八月。
    [11] 林瑞禮,「電力電子特論」,國立成功大學電機工程系,民國九十五年九月二十。
    [12] 張偉勛,蔡建泓,「積體化非連續電流控制之切換式降壓轉換器」, 國立成功大學電機工程系,民國九十七年七月。
    [13] R. W. Erickson and D. Maksimovic﹐“Fundamentals of Power Electronics ﹐2nd ed. Boston”﹐MA. Kluwer Academic﹐2001.
    [14] R. Mammano﹐“Switching power supply technology:Voltage mode vs. current mode”﹐Texas Instruments Inc﹐Dallas﹐TX﹐Unitrode Design Note DN-62﹐1994.
    [15] R. B. Ridley﹐“A new continuous-time model for current-mode control [power convertors] ”﹐IEEE Transactions on Power Electronics﹐vol. 6﹐pp. 271-280﹐1991.
    [16] R. B. Ridley﹐“A new continuous-time model for current-mode control with constant frequency﹐constant on-time﹐and constant off-time﹐in CCM and DCM”﹐in Power Electronics Specialists Conference﹐1990. PESC '90 Record,21st Annual IEEE,1990.pp. 382-389.
    [17] C. Raymond﹐“DC/DC PWM Basics”﹐Fairchild Semiconductor﹐2007.
    [18] M. Ravi and E. Brett﹐「一種最佳的數位化交換電源控制器架構」,Silicon Laboratories,2006年5月。
    [19] 張倍耀,美國國家半導體,「磁滯模式電源穩壓器」,半導體科技,2006年8月。
    [20] 富士通半導體,「非线性控制的磁滞控制方法」,http:// www.fujitsu.com/downloads/CN/fss/find/27-4/tw/han_3-5.pdf.
    [21] Z. Yanqi﹐C. Hua﹐and K. N. Leung﹐“A Fast-Response Pseudo-PWM Buck Converter With PLL-Based Hysteresis Control”﹐IEEE Transactions On Very Large Scale Integration (VLSI) Systems﹐ Vol. 20﹐No. 7﹐July﹐ 2012.
    [22] J. L. Ramos and A. M. Saldana﹐“Modeling of current -programmed converters with inductor current sensing”﹐Proc. of the IEEE International Conference on﹐ pp. 548-553﹐ 2000.
    [23] NCP81102 Multiple-Phase Synchronous Rectified with SVID Interface Controller﹐ON Semiconductor Analog Power Group﹐Data sheet﹐July﹐2012.
    [24] Z. Guohua﹐X. Jianping﹐W. Jinping and M. Qingbo﹐“Improved digital average current control of buck rectifier converter with dual-edge modulation”﹐IEEE Conference on Publications﹐pp. 1309-1313﹐ 2008.
    [25] C. Y. Leung﹐P. K. T. Mok, K. N. Leung and M. Chan﹐“An integrated CMOS current-sensing circuit for low-voltage current-mode buck regulator”﹐ IEEE Transactions on Circuits and Systems- II﹐vol. 52, pp.394-397﹐July. 2005.
    [26] NCP81161﹐VR12.5 Compatible Synchronous Buck MOSFET Drivers ﹐ON Semiconductor Analog Power Group﹐Data sheet﹐August, 2013 − Rev. 2.
    [27] TPS40054﹐TPS40057﹐TPS40090﹐Wide-Input Synchronous Buck Controller﹐Texas Instruments Incorporated﹐Data sheet﹐August, 2004.
    [28] 藍瑞立,瞿松﹐Maxim Integrated Products, Inc﹐「無損耗電流量測的實現技術」,筆記型電腦交換式電源設計,2002年03月。
    [29] Maxim Integrated Products, Inc,「DC-DC Converter Tutorial」,Application Note 2031,Nov 29, 2001.

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